Corrosión galvánica: cómo funciona y el papel de los imprimadores ricos en zinc en la protección

La corrosión galvánica se produce cuando dos metales distintos están en contacto eléctrico en presencia de un electrolito, normalmente agua con iones disueltos. El metal menos noble se corroe de forma preferente, mientras que el más noble queda protegido. En las estructuras industriales y marinas, la corrosión galvánica en las uniones del acero con otros metales es un modo de fallo habitual y predecible. El mismo principio se aprovecha deliberadamente en las imprimaciones ricas en zinc para proporcionar protección catódica al acero. Este artículo explica el mecanismo, los factores que controlan su gravedad, cómo prevenirla en las uniones entre metales distintos y qué necesitan las imprimaciones ricas en zinc de la preparación de superficies.

La base electroquímica de la corrosión galvánica

Cuando dos metales distintos se conectan en un electrolito, forman una pila galvánica: una celda electroquímica en la que la diferencia de potencial de electrodo entre ambos metales impulsa una corriente. El metal con el potencial de electrodo más bajo (más negativo) se convierte en el ánodo: se oxida y se corroe. El metal con el potencial más alto (más positivo, más noble) se convierte en el cátodo y queda protegido. Para una visión más amplia de la relación entre corrosión y óxido, consulte óxido frente a corrosión.

La serie galvánica clasifica los metales y aleaciones en agua de mar desde el más activo (anódico) hasta el más noble (catódico). Posiciones clave relevantes para aplicaciones estructurales:

El orden exacto depende del electrolito y de la temperatura, por lo que la serie en agua de mar es una guía y no una regla fija para todos los entornos.

¿Qué controla la gravedad de la corrosión galvánica?

La diferencia de potencial entre ambos metales es la fuerza impulsora termodinámica, pero la velocidad de la corrosión galvánica la controlan varios factores prácticos:

• Conductividad del electrolito: la corrosión galvánica es más grave en agua de mar (alta conductividad) que en agua dulce (conductividad más baja) o en el suelo (variable). Por ello, los entornos offshore y marinos son los más agresivos.
• Relación de áreas: la relación entre el área del cátodo y la del ánodo es crítica. Un ánodo pequeño conectado a un cátodo grande se corroe mucho más rápido que si las áreas fueran iguales, porque toda la corriente catódica se concentra en el ánodo pequeño. Un perno de acero en una placa de cobre se corroe rápidamente; un perno de cobre en una placa de acero ataca el acero circundante mucho más despacio. TWI recomienda mantener grande la relación entre el área del ánodo y la del cátodo, por encima de 10 cuando sea posible.
• Geometría y distancia: el ataque se concentra en la unión entre ambos metales y disminuye con la distancia, sobre todo en electrolitos de menor conductividad.
• Temperatura: las temperaturas más altas suelen aumentar la velocidad de corrosión, al aumentar la conductividad del electrolito y la cinética de reacción.

Escenarios habituales de corrosión galvánica en estructuras industriales

• Uniones acero–aluminio: elementos de fijación de acero al carbono en piezas de aluminio (o viceversa) en entornos marinos u offshore. El aluminio es el ánodo y sufre picaduras alrededor del elemento de fijación de acero.
• Uniones acero–acero inoxidable: barandillas, rejillas o accesorios de acero inoxidable conectados a acero al carbono estructural. El acero al carbono se corroe en la interfaz, un fallo habitual en la construcción costera.
• Conexiones de puesta a tierra acero–cobre: los conductores de puesta a tierra de cobre fijados a elementos de acero pueden provocar ataque galvánico del acero en el punto de conexión.
• Tuberías acero–cobre: en las instalaciones de edificios, las tuberías de acero conectadas a cobre se corroen en la transición.
• Ánodos de sacrificio en jackets offshore: aquí el efecto se utiliza deliberadamente. Los ánodos de aluminio o zinc conectados a un jacket de acero al carbono se corroen de forma preferente y protegen el acero.

¿Cómo utilizan las imprimaciones ricas en zinc la protección galvánica?

El principio que daña el acero cuando está conectado a un metal más noble protege el acero cuando está conectado a un metal más activo, en concreto el zinc. Las imprimaciones ricas en zinc contienen una carga muy elevada de polvo de zinc en la película seca, dispersa en un ligante orgánico (normalmente epoxi) o inorgánico (silicato). La SSPC-Paint 20 las clasifica según el contenido en peso de polvo de zinc en la película seca: Nivel 1, con un 85 % o más; Nivel 2, del 77 % a menos del 85 %; y Nivel 3 («zinc reducido»), del 65 % a menos del 77 %. La ISO 12944 considera que una imprimación es rica en zinc cuando la película seca contiene más de un 80 % de polvo de zinc.

El mecanismo de protección: cuando el recubrimiento se rompe por un daño mecánico, un defecto o un fallo en los bordes, las partículas de zinc quedan expuestas al entorno y forman pares galvánicos con el acero. El zinc es el ánodo y el acero el cátodo, de modo que el zinc se corroe de forma preferente y protege el acero en la zona dañada y a su alrededor. Esta protección catódica es la propiedad que define a las imprimaciones ricas en zinc y las distingue de las imprimaciones epoxi de solo barrera.

Por eso las imprimaciones ricas en zinc se especifican para una protección anticorrosiva exigente: estructuras offshore, grandes puentes, torres de aerogeneradores y plantas industriales en entornos C4 y C5 según ISO 12944. Incluso tras un daño mecánico, un sistema rico en zinc sigue protegiendo localmente el acero expuesto, en lugar de permitir que la corrosión empiece de inmediato en el defecto. Para ver el lugar que ocupan las imprimaciones de zinc entre otros sistemas, consulte recubrimientos industriales: tipos, sistemas y preparación de superficies.

Requisitos de preparación de superficies para los sistemas de imprimación rica en zinc

La protección galvánica de una imprimación rica en zinc depende del contacto eléctrico entre las partículas de zinc y el acero. La contaminación que interrumpe ese contacto, como el óxido residual, la calamina, el aceite o las sales solubles, reduce la protección que puede ofrecer la imprimación. Por eso las imprimaciones ricas en zinc tienen algunos de los requisitos de preparación de superficies más estrictos de todos los recubrimientos industriales. Las cifras siguientes son típicas; la ficha técnica del producto (TDS) y la especificación del proyecto siempre prevalecen.

Imprimaciones orgánicas ricas en zinc (ligante epoxi)

• Preparación de superficies típica: limpieza por chorreado abrasivo a SSPC-SP 10 / Sa 2½ (metal casi blanco). Algunos productos admiten otros grados para reparaciones de mantenimiento; consulte la TDS.
• Perfil de anclaje: según indique la TDS, normalmente un perfil anguloso y afilado de varias decenas de micrómetros
• El ligante epoxi se adhiere mecánicamente al perfil, mientras que la acción galvánica necesita contacto eléctrico zinc-zinc y zinc-acero a través de la película
• Aplicar una imprimación orgánica rica en zinc sobre una preparación insuficiente acorta considerablemente su periodo efectivo de protección

Imprimaciones inorgánicas de silicato de zinc

• Preparación de superficies típica: de SSPC-SP 10 / Sa 2½ a SSPC-SP 5 / Sa 3. La mayoría de los fabricantes especifican SP 10 como mínimo; algunas especificaciones de proyecto exigen SP 5 para exposiciones severas.
• Perfil de anclaje: según indique la TDS, obtenido con abrasivo angular para maximizar la adherencia mecánica
• El ligante de silicato cura por hidrólisis y condensación y, por lo general, se describe como un ligante que se une químicamente a la superficie limpia del acero. La contaminación entre el ligante y el acero impide que esa unión se forme correctamente.
• El silicato de zinc inorgánico es la imprimación más exigente en cuanto a preparación de superficies. Sobre una preparación insuficiente es propenso a una mala adherencia y a la pérdida de adherencia, con lo que pierde tanto su función de barrera como su función galvánica.

Límites de sales solubles para sistemas ricos en zinc

La contaminación por sales solubles bajo una imprimación rica en zinc puede provocar ampollamiento osmótico, con independencia de la protección galvánica que aporte el zinc. El límite aceptable lo fija la especificación del proyecto o el fabricante del recubrimiento, y el servicio en inmersión suele exigir un límite inferior al de la exposición atmosférica. Mida antes de imprimar con la extracción mediante parche Bresle (ISO 8502-6) y la determinación conductimétrica (ISO 8502-9), que expresan las sales en mg/m² de equivalente de NaCl. Más detalles en nuestro artículo sobre contaminación por sales solubles y fallo del recubrimiento.

Cuando no es posible chorrear

Para reparaciones de mantenimiento en sistemas ricos en zinc en las que se excluye el chorreado abrasivo, el fabricante del recubrimiento decide qué preparación alternativa es aceptable. El Bristle Blasting con el Bristle Blaster® proporciona una limpieza comparable a Sa 2½ / SSPC-SP 10 y un perfil de anclaje de 65–85 µm Rz sobre acero estándar en ensayos documentados, con resultados que varían según la calidad del acero, el grado de oxidación, la banda y la técnica. Confirme la aceptación con el fabricante de la imprimación antes de especificarlo para un sistema rico en zinc.

Cómo prevenir la corrosión galvánica en las uniones entre metales distintos

Cuando hay que unir metales distintos en entornos corrosivos, las principales medidas de mitigación son:

• Aislamiento eléctrico: los manguitos, juntas y arandelas aislantes interrumpen el camino eléctrico, de modo que no puede formarse la pila galvánica. Es muy eficaz, pero debe preverse en el diseño, y los componentes aislantes deben mantenerse.
• Recubrir el cátodo, o ambos metales: recubrir el metal más noble reduce el área catódica disponible para impulsar la reacción. Nunca recubra solo el ánodo: un poro en ese recubrimiento crea un ánodo muy pequeño junto a un cátodo grande y desnudo, lo que concentra el ataque en el defecto. TWI señala que el recubrimiento del cátodo es el más importante y debe mantenerse en buen estado.
• Ánodos de sacrificio: un metal más activo (ánodos de aluminio o zinc en estructuras offshore) proporciona protección catódica al acero sin fuente de alimentación externa.
• Excluir el electrolito: sellar las uniones y prever el drenaje mantiene el agua fuera del intersticio entre los metales.
• Selección de materiales: elegir metales próximos en la serie galvánica minimiza la fuerza impulsora.

Conclusiones clave

• La corrosión galvánica se produce cuando metales distintos están acoplados eléctricamente en un electrolito. El ánodo se corroe; el cátodo queda protegido. La gravedad depende de la diferencia de potencial, la conductividad del electrolito y la relación entre el área del cátodo y la del ánodo.
• Las imprimaciones ricas en zinc aprovechan deliberadamente el principio galvánico: el zinc se corroe de forma sacrificial para proteger el acero en los defectos del recubrimiento. Esto es lo que las distingue de las imprimaciones de solo barrera.
• Las imprimaciones ricas en zinc se aplican normalmente sobre acero limpiado por chorreado, por lo general como mínimo SSPC-SP 10 / Sa 2½, y los silicatos de zinc inorgánicos son los más exigentes. Estos requisitos se derivan del mecanismo, no de una redacción conservadora de las especificaciones.
• Las sales solubles bajo las imprimaciones ricas en zinc pueden causar ampollamiento osmótico incluso cuando la función galvánica del zinc está intacta. Ensaye y controle los niveles de sales antes de imprimar.
• En las uniones entre metales distintos, aísle los metales, recubra el cátodo (o ambos metales, nunca solo el ánodo) y utilice ánodos de sacrificio cuando proceda.

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Preguntas frecuentes

¿Qué causa la corrosión galvánica?

Tres condiciones a la vez: dos metales con potenciales de electrodo diferentes, una conexión eléctrica entre ellos y un electrolito común, como agua de mar o condensación. El metal más activo se convierte en el ánodo y se corroe más rápido de lo que lo haría solo, mientras que el metal más noble queda protegido. Si se elimina cualquiera de las tres, la pila galvánica se detiene.

¿Hay que recubrir el ánodo o el cátodo para prevenir la corrosión galvánica?

Recubra el cátodo, el metal más noble, o recubra ambos. Recubrir solo el ánodo es arriesgado: cualquier poro en ese recubrimiento se convierte en un ánodo muy pequeño conectado a un cátodo grande y desnudo, lo que concentra el ataque. TWI señala que el recubrimiento del cátodo es el más importante y debe mantenerse en buen estado.

¿Cuánto zinc contiene una imprimación rica en zinc?

La SSPC-Paint 20 clasifica las imprimaciones ricas en zinc según el contenido en peso de polvo de zinc en la película seca: Nivel 1, con un 85 % o más; Nivel 2, del 77 % a menos del 85 %; y Nivel 3 (zinc reducido), del 65 % a menos del 77 %. La ISO 12944 considera ricas en zinc las imprimaciones con más de un 80 % de polvo de zinc en la película seca.

¿Qué preparación de superficies necesitan las imprimaciones ricas en zinc?

Las imprimaciones ricas en zinc se aplican normalmente sobre acero limpiado por chorreado, por lo general como mínimo Sa 2½ / SSPC-SP 10, con un perfil de superficie fijado por la ficha técnica. Los silicatos de zinc inorgánicos son los más exigentes. Algunos epoxis de zinc orgánicos admiten otros grados para trabajos de reparación, así que siga siempre la ficha técnica del producto y la especificación del proyecto.